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Solubilità e saturazione

OBIETTIVI:
• Capire il concetto di solubilità e saturazione;
• Verificarne la dipendenza dalla temperatura.

RICHIAMI TEORICI:
La materia si suddivide in sostanze e miscugli.
I miscugli sono delle mescolanze generiche per tipo, qualità e massa. Possono essere eterogenei o omogenei.
I miscugli omogenei, chiamati anche soluzioni, sono mescolanze di sostanze perfettamente miscibili tra loro: dal punto di vista fisico sono monofasici (non sono distinguibili le varie fasi) e isotropi (il valore di una qualsiasi grandezza fisica è lo stesso in ogni direzione), anche se chimicamente le sostanze mantengono la loro identità; sono formati da un solvente, presente in quantità maggiori, e da un soluto (componente disciolto nel solvente).

La solubilità di una sostanza (vedi l'appunto apposito) rappresenta la quantità massima di soluto che può essere sciolta in una determinata quantità di solvente a una certa temperatura, rappresentata dal raggiungimento della saturazione della soluzione.
La soluzione satura si ottiene quando la soluzione raggiunge la massima concentrazione possibile a quella temperatura; dunque si ottiene un corpo di fondo (parte del soluto che non riesce più a sciogliere ma resta solida) che si deposita sul fondo del recipiente che la contiene.
La temperatura è una grandezza fisica che definisce il livello o l’intensità del calore posseduto da un corpo.

SOSTANZE UTILIZZATE:
• Acqua distillata (H2O);
• Cloruro di sodio (NaCl);
• Solfato di rame (CuSO4);
• Cloruro di potassio (KCl).

STRUMENTI UTILIZZATI:
• 2 becker: sensibilità 1/10ml, portata 500ml;
• 1 becker: sensibilità 1/5ml, portata 100ml;
• Capsule di Petri;
• Vetrini da orologio;
• Bacchette di vetro per mescolare;
• Fornelletto elettrico;
• Bilancia di precisione: sensibilità 1/100g, portata 600g;
• Termometro: sensibilità 1°C, portata 100°C;
• Spruzzetta di acqua distillata.

OSSERVAZIONI INIZIALI:
Prima di iniziare qualsiasi procedura, si è osservato con criterio occhiometrico le caratteristiche delle sostanze consegnateci per l’esperienza. Si sono identificate le tre sostanze che si utilizzeranno, quali cloruro di sodio, solfato di rame e cloruro di potassio.

A temperatura ambiente, il cloruro di sodio si presenta come un solido cristallino incolore e inodore, dal sapore caratteristico. L’aspetto granulare è dato dalla presenza di cristalli, i quali hanno un reticolo cubico ai cui vertici si alternano ioni sodio Na+ e ioni cloruro Cl-.
A temperatura ambiente, il solfato di rame si presenta in forma di solido azzurro, dall’aspetto granuloso. Essendo pentaidrato, quando riscaldato tende a perdere il colore azzurro.
A temperatura ambiente, il cloruro di potassio si presenta come una polvere cristallina bianca. Si trova anche in natura, combinato al cloruro di sodio.

PROCEDURA:
• Misurare tramite la bilancia di precisione la massa del cloruro di sodio e metterlo in un vetrino da orologio;
• Mettere in un becker 100ml d’acqua e misurarne la temperatura;
• Aggiungere poco alla volta il cloruro di sodio fino al raggiungimento della soluzione satura;
• Misurare la massa del cloruro di sodio rimasto, così, nel vetrino e calcolare per differenza la quantità di soluto inserito nella soluzione;
• Riscaldare tramite il fornelletto elettrico la soluzione fino a 50°C.
• Misurare la massa di un po’ di cloruro di sodio e metterlo in una capsula di Petri.
• Aggiungere nuovamente cloruro di sodio fino al raggiungimento della soluzione satura;
• Calcolare, ora, la massa del cloruro di sodio e identificare la solubilità a 50°C;
• Ripetere la procedura per il solfato di rame;
• Ripetere la procedura per il cloruro di potassio.

RACCOLTA DATI:

I dati inseriti dopo le varie voci si riferiscono: il primo la cloruro di sodio, il secondo al solfato di rame e il terzo al cloruro di potassio.

Quantità di soluto presa inizialmente ---> 45g 25g 15g
Temperatura ambiente ---> 22°C 22°C 22°C
Temperatura dopo prima saturazione---> 22°C 22°C 19°C
Quantità pesata dopo prima saturazione---> circa 7g 1g 2g
Solubilità a temperatura ambiente ---> circa 38g 24g 13g
Quantità presa successivamente ---> 10g 20g 15g
Temperatura dopo riscaldamento ---> 50°C 50°C 50°C
Quantità pesata dopo seconda saturazione---> circa 9g 1g 8g
Quantità di soluto così inserito ---> circa 1g 19g 7g
Solubilità a 50°g ---> circa 39g 43g 20g

OSSERVAZIONI DURANTE L’ESPERIENZA:
• La soluzione contenente il cloruro di sodio appare incolore: i cristalli del sale si sciolgono nel solvente per disgregazione del loro reticolo cristallino;
• Durante l’inserimento del cloruro di sodio, non si notano particolarità evidenti;
• Il cloruro di sodio ha un piccolo aumento della solubilità all’aumento della temperatura;
• La soluzione contenente il solfato di rame è di colore bluastro;
• Durante l’inserimento del solfato di rame, non si notano particolarità evidenti;
• Il solfato di rame subisce un notevole aumento della solubilità all’aumento della temperatura;
• La soluzione contenente il cloruro di potassio è incolore;
• Durante l’inserimento del cloruro di potassio si nota che la temperatura del solvente, prima calcolata a 22°C, scende fino a 19°C ed il becker contenente la soluzione appare raffreddato al tatto; ciò succede perché si attua una reazione endotermica e il cloruro di potassio assorbe calore dal becker per poter disciogliere il soluto;

• Il cloruro di potassio subisce un discreto aumento di solubilità con l'aumentare della temperatura.

OSSERVAZIONI A ESPERIENZA CONCLUSA:
• Una volta riscaldate e saturate le soluzioni acqua-solfato di rame e acqua-cloruro di potassio, quando tornano a temperatura ambiente, il corpo di fondo aumenta rispetto a quello trovato con la prima saturazione: ciò perché diminuisce la temperatura e di conseguenza diminuisce anche la solubilità, ma aumenta il corpo di fondo; si ottiene così una soluzione sovra-satura;
• Ritornando in laboratorio dopo aver interrotto l’esperienza si nota che, anche se la solubilità del cloruro di sodio non dipende molto dalla temperatura della soluzione, il corpo di fondo era aumentato: ciò perché il livello del solvente era diminuito per evaporazione e diminuendo il volume del solvente diminuiva di conseguenza anche il quantitativo di soluto scioglibile in esso, ma aumentava il corpo di fondo.

CONCLUSIONI:
• Dall’esperienza di laboratorio effettuata si deduce che anche sostanze simili fisicamente tra loro, come possono essere due sali nel nostro caso, hanno solubilità molto differenti alla stessa temperatura; infatti a temperatura ambiente il cloruro di sodio ha una solubilità di circa 38g in 100ml d’acqua mentre il cloruro di potassio di circa 13g;
• La solubilità di una sostanza dipende dalla sua natura chimica e fisica e da quella del solvente in cui è disciolta;

• La solubilità di una sostanza dipende anche dalla temperatura; è importante specificare sempre la temperatura alla quale si lavora poiché essa ne è un parametro fondamentale: può influire molto su alcune sostanze (come il solfato di rame e il cloruro di potassio), causandone l’aumento o diminuzione della solubilità, oppure, in altri casi, non influisce in maniera significante (come per il cloruro di sodio);
• Nell’esperienza sono presenti degli errori sistematici derivati dall’approssimazione sulle misurazioni effettuate: non interessava il valore preciso, ma piuttosto il concetto teorico applicato alla pratica di laboratorio.

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